DM_1 / Деталі машин КЛ [Стадник В. А

5.Які є основні критерії працездатності підшипників ковзання?

6.Які потрібні умови для досягнення режиму рідинного тертя в підшипниках ковзання?

7.За якими умовами ведуть розрахунок підшипників ковзання, коли режим рідинного тертя не може бути забезпеченим?

8.Що таке критична товщина мастила у підшипнику ковзання?

9.У чому полягає суть розрахунків підшипників рідинного тертя?

10.Що таке коефіцієнт навантаженості підшипника ковзання? Від яких факторів він залежить?

470

Тема 18. Муфти

18.1. Загальні відомості і класифікація муфт

Загальні відомості. Mуфтами називають пристрої, що з’єднують кінці двох валів і передають обертальний момент з одного вала на інший без зміни його значення і напряму.

Потреба у з’єднанні валів виникає кожного разу, коли потрібно компонувати машину, механічний привод із вузлів (складальних одиниць) і механізмів, наприклад: двигуна 1, редуктора 3 і механізму робочого органу (рис. 18.1). Кінематичний і силовий зв’язок вузлів виконується за допомогою муфт 2 і 4.

З’єднання валів є основним, але не єдиним призначенням муфт. Муфти

Рис. 18.1. Привод: 1 – двигун; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – муфта; 5 – виконуючий механізм або робочий орган

звичайно виконують одну або декілька додаткових функцій: забезпечують вмикання і вимикання робочого органу машини при працюючому двигуні; запобігають аварії машин при перевантаженнях; зменшують динамічні навантаження і додатково поглинають вібрації і поштовхи з’єднуваних вузлів і деталей передачі; з’єднують вали з вільно установленими на них деталями (зубчасті колеса, шківи пасових передач та ін.); компенсують шкідливий вплив зміщення з’єднуваних валів (не співвісність валів), оскільки внаслідок похибок

471

виготовлення та монтажу завжди є деяка неточність взаємного розташування геометричних осей з’єднуваних валів (рис. 18.2).

Рис. 18.2. Принципова схема привода та можливі похибки у взаємному розташуванні валів

Розрізняють три види відхилень від номінального (співвісного) розташування валів:

а) номінальне розташування валів;

б) осьове зміщення l , може бути викликане також температурним

Різноманітність задач , що розв’язуються за допомогою муфти і вимог, які пред’являються до них у відповідності з умовами експлуатації машин і механізмів, привело до використання у машинобудуванні великої кількості муфт різних конструкцій, які розрізняються за принципом дії і керування, призначенням та за конструкцією.

Класифікація муфт за цими ознаками приведена у вигляді схеми 18.1. В електричних і гідравлічних муфтах, указаних на цій схемі, використовують принципи зчеплення за рахунок електромагнітних і гідродинамічних сил. Ці

472

Схема 18.1.

муфти вивчають у спеціальних курсах. В курсі „ Деталі машин ” вивчають лише механічні муфти.

Більшість муфт, застосовуваних у машинобудуванні стандартизовані або нормалізовані. В паспортних даних на муфти указані: навантажувальна характеристика муфти – номінальний крутний момент Tном за ДСТУ 3557-97;

діапазони посадочних діаметрів отворів і частот обертання; габаритні розміри, маса, значення зміщень та ін.

При проектуванні нових муфт конструктивні розміри елементів муфт визначають розрахунком. Стандартизовані або нормалізовані муфти не розраховують. Їх, як правило, вибирають, як і підшипники кочення, за таблицями стандартів (нормалей).

473

Підбір муфт. Муфти підбирають за ДСТУ або відомими нормалями за

більшим діаметром з’єднуваних валів і розрахунковим моментом Tр ,

роботи муфти, що враховує умови експлуатації. Для передач від електродвигунів приймають: k =1,25…2,0 – транспортери стрічкові, ланцюгові,

Муфти виготовляють у двох виконаннях: на довгі і на короткі кінці валів з циліндричними або конічними посадочними отворами. Допускається застосовувати комбінацію півмуфт різного виконання з різними діаметрами посадочних отворів в границях одного номінального крутного моменту

Розглянемо основні типи муфт і особливості їх конструкції і розрахунку.

18.2. Некеровані муфти

До класу некерованих муфт відносяться муфти, у яких ведуча і ведена півмуфти з’єднані між собою постійно. Вони широко розповсюджені в загальному машинобудуванні і підрозділяються на групи: глухі, компенсуючі жорсткі і компенсуючі пружні.

18.3. Глухі муфти

Глухі муфти застосовують для жорсткого і нерухомого з’єднання співвісних циліндричних валів. Вони не компенсують помилки виготовлення і монтажу. При з’єднанні глухими муфтами не співвісні вали в місці установки муфти приводять до загальної осі шляхом деформації валів і опор. Із глухих муфт найбільше застосування одержали втулкова і фланцева муфти.

Втулкові муфти застосовують, коли з’єднаний вал повинен працювати як одне ціле. Такі муфти вимагають точної співвісності валів.

Втулкову муфту закріпляють на валу шпонками (рис. 18.3, а), штифтами (рис. 18.3, б), або за допомогою шліців. Втулки виготовляють із сталі 40, 45 для

474

Допустимі напруження при розрахунках беруть [τ]=(30…40) МПа;

[τ ]зр =(40…45) МПа.

Розрахунки шпонкового або шліцевого з’єднання будуть розглянуті пізніше у розділі ΙV „ З’єднання деталей машин ”.

Фланцеві муфти складаються із двох півмуфт 1 і 2, установлених на кінці валів на шпонках і з’єднаних між собою болтами (рис. 18.4).

Рис. 18.4. Муфта фланцева.

Болти муфти ставлять з зазором (варіант Ι) і без зазору (варіант ΙΙ). У першому випадку крутний момент Tp передається силами тертя, виникаючими у площині стику півмуфт від затяжки болтів, у другому випадку – безпосередньо болтами, які працюють на зріз і зминання. Болти, поставлені без зазору, одночасно виконують функції центрування валів. При постановці болтів з зазором центрування виконується виступом на фланці однієї із півмуфт і розточкою відповідного уступу на другій півмуфті (рис. 18.4 варіант Ι) або за допомогою спеціального центрувального кільця, що входить в уступи, виконані

476

на фланцях обох півмуфт. Муфти з болтами, поставленими з зазором, мають масу і габарити набагато більші, ніж у варіанті без зазору, а момент, що передається, при однакових розмірах в 5…6 разів менший.

Ці муфти надійно з’єднують співвісні вали і здатні передавати великі моменти. Матеріал півмуфт – чавун СЧ20, а при колових швидкостях зовнішніх

D0 - діаметр розташування центрів болтів); d1 - внутрішній діаметр болта;

[σ ]p - допустиме напруження на розтяг для матеріалу болта.

Якщо болти установлені без зазору, то їх розраховують на зріз

де d0 - зовнішній діаметр стержня болта;

[τ ]зр - допустиме напруження на зріз для матеріалу болта, число площин зрізу.

Установка болтів без зазору дозволяє значно зменшити розміри муфт, але в цьому випадку слід вибирати болти із міцної сталі, наприклад Ст5 (допустиме

Фланцеві муфти стандартизовані в діапазоні діаметрів вала 12…250 мм і моментів, що передаються, 8 – 45 000 Н·м.

18.4. Муфти компенсуючі жорсткі

Для з’єднання валів з компенсацією осьових, радіальних і кутових зміщень застосовують жорсткі компенсуючі або пружні муфти. Відхилення від співвісності валів (зміщення валів) приводить до додаткового навантаження валів і підшипників радіальною силою Fм від муфти. Компенсація шкідливого впливу зміщення валів, а отже, зменшення додаткових навантажень на вали й підшипники при використанні жорстких муфт, досягається наявністю зазорів в спряжених їх деталей і ковзанням деталей одна по одній. Найбільше розповсюдження із жорстких компенсуючих муфт одержали: зубчасті, кулачково-дискові та ланцюгові передачі.

Муфти зубчасті (рис. 18.5). Муфта складається із двох півмуфт 1 і 2 з зовнішніми зубцями евольвентного профілю і роз’ємної обойми 3 з двома рядами внутрішніх зубців, які зачепляються з зубцями півмуфт, закріплених

Рис. 18.5. Зубчаста муфта шпонкою або за допомогою шліців на кінці валів. Роз’ємна обойма з’єднана болтами, поставленими в отвори без зазору.

Муфта компенсує всі види зміщення валів. Для компенсації не співвісності валів головки зубців півмуфт виконують по сфері радіуса r (рис.

478

18.5, а), а в повздовжньому перерізі зубцям надають бочкоподібну форму (див. рис. 18.5, б, вид на зуб за стрілкою В). При такій формі зуба і передбачених зазорах С в зачепленні муфти в залежності від розміру допускають зміщення валів: поздовжнє l =1…8 мм, радіальне r =0,2…0,6 мм і кутове α ≤1º (рис. 18.5, б). Деталі зубчастих муфт виготовляють із сталі марок 40, 45 і 40Х або сталевого литва 45Л. Зубці втулок піддають термообробці до одержання твердості не нижче HRC 40…45, а зубці обойм не нижче 350 НВ. Для зменшення зношування зубців і зм’якшування ударів у муфту через отвір в обоймі заливають в’язке мастило (нігрол Л, нігрол автотракторний).

Зубчасті муфти стандартизовані (ДСТУ 2742-94) для діаметрів валів d =40…180 мм і допустимих розрахункових моментів Tp =0,71…50 кНм.

Основним критерієм працездатності зубчастих муфт є зношування

зубців. Визначення дійсних контактних напружень в муфті ускладнено невизначеністю умов контакту зубців. Ця невизначеність обумовлена, з однієї сторони, розсіюванням похибок виготовлення, а з іншої – розсіюванням не співвісності валів (помилки монтажу).

Ці обставини дозволяють запропонувати лише умовний метод розрахунку зубчастих муфт, неточності якого компенсують вибором допустимих напружень на основі практики.

В умовному розрахунку допускають, що навантаження розподіляється рівномірно між всіма зубцями, а зубці дотикаються по всій довжині і висоті. При цьому одержуємо

діаметральну площину; b - довжина зуба; h - робоча висота зуба. Прийнявши h ≈ 1,8m , визначимо величину напруження зминання.

479